堆積層滑坡變形強(qiáng)度參數(shù)弱化效應(yīng)規(guī)律研究

徐鵬飛　賀可強(qiáng)　孫麗偉　郭棟　羅會(huì)來(lái)

摘要：水對(duì)巖土體的弱化效應(yīng)必然會(huì)引起坡體強(qiáng)度變形參數(shù)（c、φ、E和μ）的變化，這些參數(shù)的變化直接決定了邊坡演化發(fā)展的變形特點(diǎn)與穩(wěn)定性。本文首先分析了水對(duì)不同類別巖土體強(qiáng)度參數(shù)參數(shù)c、φ值的弱化規(guī)律；并分析了水對(duì)邊坡分階段演化的作用機(jī)理，進(jìn)一步探討不同階段坡體強(qiáng)度變形參數(shù)的取值問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：堆積層滑坡 水 弱化效應(yīng)強(qiáng)度變形參數(shù) 參數(shù)取值

1 引言

在堆積層滑坡的失穩(wěn)中，絕大多數(shù)是由降雨或庫(kù)水位的變化而引起的[1]，其中水對(duì)坡體強(qiáng)度變形參數(shù)的弱化作用是邊坡失穩(wěn)的主要原因。坡體強(qiáng)度變形參數(shù)的構(gòu)成主要有四個(gè)粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ、變形模量E與泊松比μ，它們左右著邊坡穩(wěn)定性與變形的發(fā)展。為此，本文主要研究水對(duì)強(qiáng)度變形參數(shù)的弱化規(guī)律，并確定參數(shù)分階段取值的原則，為有效地進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與防治提供保障。

2 水對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的弱化規(guī)律

2.1不同土體的強(qiáng)度參數(shù)隨含水率變化特點(diǎn)

3 水在邊坡分階段演化中的作用

3.1 邊坡分階段演化的本質(zhì)

滑坡是分階段漸進(jìn)破壞的過(guò)程，包括彈性變形、塑性蠕滑、加速下滑、穩(wěn)定四個(gè)階段。邊坡的分階段演化內(nèi)在本質(zhì)是材料屬性的弱化，初期材料屬性近似彈性，隨著外界條件的改變勢(shì)必導(dǎo)致坡體材料本質(zhì)屬性發(fā)生變化，材料的本質(zhì)屬性的改變主要是指材料的強(qiáng)度變形參數(shù)的改變。

3.2 水在邊坡演化過(guò)程中的作用

邊坡初期，水的入滲沖刷及侵蝕會(huì)對(duì)坡體原結(jié)構(gòu)造成破壞。彈性階段，水只對(duì)坡面進(jìn)行弱化，并在雨水或庫(kù)水的沖刷下形成微小表面裂隙，隨著降雨作用頻繁，水順著表層微小裂隙逐步向坡體縱深入滲，造成破體內(nèi)材料發(fā)生弱化，局部強(qiáng)度降低，當(dāng)強(qiáng)度低于初始應(yīng)力值時(shí)，發(fā)生破壞出現(xiàn)局部塑，隨著塑性的發(fā)展邊坡脫離彈性進(jìn)入塑性階段，同時(shí)坡面徑流帶走坡面的土顆粒，裂隙進(jìn)一步發(fā)育，水與裂隙相互促進(jìn)導(dǎo)致坡體材料不斷弱化，進(jìn)而邊坡的穩(wěn)定性也被其左右。

4 堆積層滑坡不同演化階段參數(shù)的取值

滑坡演化過(guò)程中參數(shù)強(qiáng)度值不是一味的弱化還會(huì)再生[4]，且參數(shù)的合理取值關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般采用峰值強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)過(guò)高，殘余強(qiáng)度時(shí)過(guò)低，實(shí)際邊坡必然是滑面上部分破壞，降為殘余強(qiáng)度，其它區(qū)段仍具峰值強(qiáng)度，且殘余強(qiáng)度也參與抗剪。通過(guò)路新景[5]的研究可以得到啟示：邊坡不同演化階段的強(qiáng)度參數(shù)與其應(yīng)變軟化曲線也存在相關(guān)性，有必要以此來(lái)討論不同演化階段參數(shù)的取值問(wèn)題。

4.1 巖土體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線特點(diǎn)

巖土體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，一般分為硬化與軟化兩類，硬化是剪切阻力隨應(yīng)變或剪切位移增加而增大的特征，圖4b，軟化則是有明顯的峰值強(qiáng)度跟殘余強(qiáng)度，如圖4a所示。

4.2 不同演化階段取值研究

彈性變形階段：坡體內(nèi)無(wú)塑性區(qū)，坡體強(qiáng)度未達(dá)到峰值強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)圖4a中ab段，此時(shí)評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性時(shí)參數(shù)的取值可以采用峰值強(qiáng)度。

塑性蠕滑階段：實(shí)際邊坡所處的階段，對(duì)應(yīng)圖4a中bc段，此時(shí)一般塑性區(qū)未貫通區(qū)域仍采用峰值強(qiáng)度，塑性區(qū)部位視是否滿足強(qiáng)度再生的條件判斷是否采取殘余強(qiáng)度。分析表明，出現(xiàn)局部塑性后，坡體內(nèi)的應(yīng)力發(fā)生重分布在上覆坡體自重應(yīng)力及外界擠壓應(yīng)力作用下，巖土體密實(shí)度及含水率等得到改善，土體強(qiáng)度得以再生。參數(shù)取值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)相對(duì)最有效，但成本過(guò)高且受實(shí)驗(yàn)條件影響，經(jīng)驗(yàn)估算與參數(shù)反算受人為因素左右，若滑坡為重點(diǎn)設(shè)防，建議以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究為主，以經(jīng)驗(yàn)計(jì)算與參數(shù)反算為輔，若為一般設(shè)防，則以經(jīng)驗(yàn)計(jì)算與參數(shù)反算為主，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為輔，三者結(jié)合，再以峰值與殘余強(qiáng)度為上下限修正篩選確定參數(shù)取值。而變形參數(shù)應(yīng)用彈塑性力學(xué)中“鄧肯張”模型均可由強(qiáng)度參數(shù)求得。

5 結(jié)論

1、隨著含水率的增加強(qiáng)度參數(shù)值普遍減小且不同土體表現(xiàn)出不同弱化性質(zhì)。c比φ敏感且c值前期敏感度大于后期，而φ值相反，可以用強(qiáng)度參數(shù)隨含水率變化曲線的斜率來(lái)表征參數(shù)的敏感性。

2、探明了邊坡分階段演化的實(shí)質(zhì)是坡體強(qiáng)度的降低，并由坡體的材料屬性決定，探討了水在邊坡分階段演化中的作用機(jī)理。

3、邊坡的不同演化階段與巖土體應(yīng)變軟化曲線有一定相關(guān)性，結(jié)合強(qiáng)度再生現(xiàn)象，首次提出參數(shù)的分階段取值觀點(diǎn)，并對(duì)不同階段的取值給出建議。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡耀軍,崔政權(quán)等. 水庫(kù)誘發(fā)岸坡變形失穩(wěn)的機(jī)理[J]. 第六次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集,中國(guó)武漢2000.10

[2] 黨靖，胡李俐等. 含水量及其天然密度對(duì)土體抗剪參數(shù)的影響研究[J].中國(guó)西部科技，2007，pp14-15

[3] 張友誼. 不同降雨條件下峽口滑坡穩(wěn)定性研究. 2007,07

[4] 任光明,聶德新等. 滑帶土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度再生研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1996,7(3)

[5] 路新景,王思敬等. 巖石力學(xué)基本理論中變形參數(shù)的分段性討論[J].人民黃河,Vo1.33 No.5 May 2011

作者簡(jiǎn)介：

徐鵬飛（1986-），男，山東泰安人。青島理工大學(xué)研究生，從事巖土與環(huán)境問(wèn)題的研究。